祝培剛， 張文佳， 遲乃杰， 張春池， 彭觀鋒

(1.山東省地質調查院， 濟南 250014； 2.山東省地質科學研究院, 濟南 250013)

花崗巖類巖石是大陸上分布最廣泛的巖石之一，是構成大陸地殼的重要組成部分。在大陸地殼形成發(fā)展的歷史中，花崗巖類占十分重要的地位。因此，長期以來，花崗巖類一直是地質科學的主要研究對象之一[1]。最近十余年，受先進的測試技術和研究方法的推動，中國對花崗巖的研究出現了較大的進步，鋯石定年、巖石地球化學、同位素地球化學、實驗巖石學、熱力學模擬等是主要的研究方法[2-8]。

膠西北地區(qū)是中國重要的金礦集區(qū)，區(qū)內中生代花崗巖類分布廣泛，與區(qū)內金礦成礦關系密切[9]。區(qū)內中生代花崗巖類依據成巖時代可劃分為四類，包括：中生代侏羅紀玲瓏型花崗巖(140～160 Ma)、白堊紀郭家?guī)X型花崗巖(123～132 Ma)、偉德山型花崗巖(108～126 Ma)及嶗山型花崗巖(107～120 Ma)[10]。

王斌等[10]研究表明：玲瓏型花崗巖屬高鉀鈣堿性巖系，具有埃達克巖的特征，為下地殼重熔并有蘇魯超高壓變質帶深俯沖物質參與的S型花崗巖類；郭家?guī)X型花崗巖屬高鉀鈣堿性巖系，成巖物質來源于下地殼鎂鐵質巖石，繼承了部分地幔物質，具有殼?；旌铣梢虻奶攸c，屬I型花崗巖；偉德山型花崗巖屬高鉀鈣堿性和橄欖安粗巖系列，為殼?；旌铣梢虻腎型花崗巖；嶗山型花崗巖為典型的A型花崗巖，屬高鉀鈣堿性巖系列。玲瓏型花崗巖形成于擠壓構造環(huán)境，是具有后碰撞特征的花崗巖；郭家?guī)X型、偉德山型、嶗山型花崗巖形成于俯沖構造環(huán)境。楊陽等[11]開展的膠西北地區(qū)玲瓏型、郭家?guī)X型、偉德山型花崗巖中暗色礦物的化學成分研究表明，膠西北中生代花崗巖的巖漿源區(qū)主要為殼源，郭家?guī)X型、偉德山型和膠西北北部的玲瓏型花崗巖有幔源組分加入。

賽盛勛等[12]通過對玲瓏型花崗巖主要造巖礦物的電子探針分析，認為玲瓏型花崗巖巖漿侵位溫度為728～795 ℃，化學成分具有鈣堿性花崗巖的特征，礦物學特征顯示其為S型花崗巖、巖石物質來源為殼源，可能是膠東群部分熔融的產物，沒有明顯幔源物質的參與。林博磊等[13]認為玲瓏型花崗巖屬于富硅、高鉀鈣堿性、準鋁質至弱過鋁質系列花崗巖，具活動大陸邊緣火山弧花崗巖特征，是由燕山早期太平洋板塊俯沖引起幔源巖漿底侵使古老的鎂鐵質下地殼物質部分熔融而形成。

王中亮等[14]、宋英昕等[15]、王立功等[16]的研究表明，郭家?guī)X型花崗巖新城、北截、倉上、三山島巖體是陸殼酸性巖漿與幔源中基性巖漿混合而成，是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖構造邊緣火山弧的組成部分。耿科等[17]通過對郭家?guī)X型花崗巖叢家?guī)r體中的繼承鋯石年齡的分析認為，郭家?guī)X型花崗巖巖漿源區(qū)主要以晚侏羅世花崗巖為主，還有前寒武紀基底、三疊紀花崗巖類及幔源組分的加入。劉躍等[18]研究表明膠西北新城金礦床內郭家?guī)X型花崗巖巖漿來源于前寒武紀變質基底巖石，上升過程中混染了玲瓏型花崗巖的物質成分。陳廣俊等[19]研究表明郭家?guī)X型花崗巖屬于高鉀鈣堿性-鈣堿性I型花崗巖，為殼?；旌显?，巖漿源區(qū)為具有幔源特征的新生鎂鐵質下地殼，其形成與太平洋板塊俯沖相關。羅賢冬等[20]通過對郭家?guī)X型花崗巖的郭家?guī)X巖體和上莊巖體的地球化學研究認為，郭家?guī)X型花崗巖具有埃達克巖的特征，巖漿的形成與島弧環(huán)境榴輝巖相壓力條件下洋殼玄武質巖石的部分熔融相關。

綜上所述，前人對膠西北地區(qū)中生代花崗巖特別是玲瓏型和郭家?guī)X型花崗巖的研究中，對地表出露或淺部坑道及鉆孔巖體研究較多，對深部隱伏巖體研究較少，巖漿來源及成巖機理尚存爭議。

根據近年來的礦產勘查資料，焦家斷裂帶深部下盤隱伏的巖體巖性以花崗巖類為主，對于其成巖時間及分類爭議較多，本次在金城地區(qū)焦家斷裂帶下盤深部采取花崗巖類樣品，開展了鋯石U-Pb測年、主微量元素、同位素等測試工作，對花崗巖的巖相學特征、形成時間、巖石地球化學特征等進行了研究，討論了隱伏花崗巖的形成期次、成因、構造環(huán)境，對區(qū)內中生代花崗巖的研究及金礦找礦預測模型的構建均具有重要的參考意義。

1 地質概況

膠西北金礦集區(qū)內金礦受控于三山島、焦家、招遠-平度三條北東向至北北東向的主干斷裂及其次級斷裂。白堊系沉積巖建造、火山巖建造廣泛分布于膠萊盆地中，礦集區(qū)范圍內僅在西南部有出露。中生代侵入巖在招平斷裂帶以西的礦集區(qū)中部大范圍分布。招平斷裂帶以東廣泛出露中太古代至新元古代變質表殼巖和變質深成侵入巖[21](圖1)。

焦家斷裂帶是膠西北地區(qū)重要的金礦控礦斷裂。該斷裂走向NE-NNE，在寺莊以北總體走向40°，在寺莊以南走向近南北，斷裂總體傾向西北，局部傾向南西，傾角15°～60°。在中部寺莊村北-紅布地區(qū)斷裂帶沿中生代花崗巖類與前寒武變質巖接觸帶分布，接觸帶上往往發(fā)育幾十米至幾百米寬的賦存金礦的絹英巖化蝕變帶，蝕變帶以上為前寒武變質巖，以新太古代英云閃長質片麻巖為主，含大量新太古代變輝長巖包體，蝕變帶以下為中生代花崗巖類。在南北兩側斷裂蝕變帶上下盤均為中生代花崗巖類。新城以北沿中生代白堊紀郭家?guī)X型花崗巖類和侏羅紀玲瓏型花崗巖接觸帶展布，在寺莊以南蝕變帶上下均為玲瓏型花崗巖(圖2)。

圖1 膠西北金礦集區(qū)區(qū)域地質簡圖[21]Fig.1 The simplified regional geological map of gold ore-concentrating area in the Northwestern Jiaodong[21]

圖2 焦家金礦田基巖地質圖[21]Fig.2 The bed rock geological map of the Jiaojia gold field[21]

2 花崗巖巖相學特征

本次采取的樣品為88ZK07、184ZK09、184ZK05鉆孔揭露的隱伏于焦家斷裂帶下盤的花崗巖類，巖性主要為似斑狀花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖(圖3)。

2.1 似斑狀花崗閃長巖

似斑狀結構、塊狀構造。主要由斜長石(55%)、石英(20%)、鉀長石(15%)、黑云母(8%)等礦物組成，副礦物有磷灰石、鋯石、榍石等。斑晶主要為鉀長石，大小一般1～2 cm，含量占全巖的15%左右，呈半自形板狀，顆粒邊界不規(guī)則，具條紋結構，顆粒中包含較多斜長石、石英、黑云母?；|成分主要為石英、長石及黑云母等，局部可見糜棱巖化，碎基圍繞碎斑呈塑性流變狀分布，形成眼球狀定向構造?；|中斜長石呈板狀、集合體狀，局部具糜棱巖化而使碎斑呈眼球狀、透鏡狀，大小一般為0.5～2 mm，少量大于2 mm，顆粒邊緣多呈圓滑狀，碎基呈細碎狀顆粒分布在碎斑邊部或與其他礦物一起呈細紋狀集合體圍繞碎斑分布，粒度一般小于0.2 mm，有些呈顯微粒狀及亞顆粒狀；石英呈它形粒狀，局部發(fā)生塑變拉長，呈透鏡狀或流動狀條紋圍繞碎斑分布，發(fā)生顆?；皝嗩w?；?，顆粒大的具帶狀消光現象；黑云母呈片狀及鱗片狀假象，有的組成細紋狀集合體定向分布；副礦物主要為磷灰石和鋯石，呈自形-半自形柱狀微粒，多包含于長石、石英中。

Kfs為鉀長石；Qtz為石英；Bt為黑云母；Pl為斜長石圖3 金城地區(qū)深部隱伏花崗巖類照片Fig.3 Photos of deep concealed granitoids in Jincheng area

2.2 黑云母二長花崗巖

花崗結構，塊狀構造。主要由斜長石(45%)、鉀長石(25%)、石英(20%)、黑云母(7%)等礦物組成，另含有少量不透明礦物。斜長石呈不規(guī)則狀，粒度為0.5～4 mm，具聚片雙晶，局部發(fā)生高嶺土化蝕變；鉀長石呈不規(guī)則狀，粒度為0.5～4 mm，具條紋結構和格子雙晶，顆粒邊部發(fā)生破碎；石英呈他形粒狀，波狀消光，在斜長石和鉀長石顆粒間緊密聚集分布，壓扁拉長顯塑性流動構造；黑云母顏色淺棕色-深棕色，呈片狀，粒度為0.2～1 mm，平行消光，部分顆粒受壓力發(fā)生彎曲；不透明礦物呈自形-半自形粒狀分布于顆粒之間。

3 樣品采集及分析方法

3.1 樣品采集

本次采集的主微量元素樣品6件，采集于深部鉆孔中，采樣位置均位于焦家斷裂帶下盤，均遠離礦化蝕變帶(表1)，巖性主要為黑云母二長花崗巖、似斑狀花崗閃長巖。測年樣品取樣2件，編號為184ZK05TW1、184ZK09TW2，取樣位置分別與主微量元素樣品ML12、ML11相同。

表1 主微量元素樣品取樣情況一覽表Table 1 List of sample sampling of major and trace elements

3.2 分析方法

鋯石單礦物挑選和制靶工作由廊坊誠信地質服務公司完成，測試工作由國土資源部濟南礦產資源監(jiān)督檢測中心完成。

3.2.1 定年樣品制備及測試方法

將巖石樣品破碎至80目，分離出鋯石單礦物后在雙目鏡下挑選透明、晶形完好的鋯石顆粒，制成鋯石靶，2個樣品鋯石均在200顆以上，然后進行透、反射照相和陰極發(fā)光(cathodoluminescence, CL)成像，從圖像選擇合適的鋯石以進行定年分析。鋯石U-Pb測年工作采用的方法為激光剝蝕多接收電感耦合等離子體質譜法(LA-MC-ICP-MS)，其激光剝蝕系統(tǒng)為Coherent公司的GeoLasPro，是193 nm準分子激光系統(tǒng)；MC-ICP-MS為Thermo Fisher公司的Neptune Plus。本次分析的激光束斑、剝蝕頻率和能量密度分別為24 μm、2 Hz和2.5～5 J/cm2。每個時間分辨分析數據包括大約10 s的空白信號和40 s的樣品信號。每分析6個樣品點間插2個91500鋯石標準樣品進行校正。分析數據采用軟件ICPMSDataCal完成。

3.2.2 地球化學樣品測試方法

主量元素的測定采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，采用的儀器為全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，型號為Icsp7400 Radial MFC。微量元素、稀土元素測試根據不同分析項目分別采用等離子體質譜法、原子熒光光譜法、原子吸收光譜法，使用的儀器為X熒光光譜儀(型號：ZSX PrimusⅡ)、等離子體質譜儀(型號：XSERIES 2)、原子吸收分光光度計(型號：PE-400)。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年代學

88ZK07鉆孔中的似斑狀花崗閃長巖測定的年齡為127.59 Ma[22]。本次采取的兩個樣品測定的年齡數據見表2。測年鋯石的陰極發(fā)光照片見圖4。鋯石長110～390 μm，測年所用的鋯石多為自形-半自形柱狀、雙錐狀，振蕩環(huán)帶結構發(fā)育，具巖漿成因鋯石的特征，多具有繼承鋯石的殘留核，少量為繼承鋯石或變質鋯石。184ZK05TW1和184ZK09TW2利用諧和圖(圖5)求得的一致性年齡分別為(158.4±0.77) Ma和(160.4±0.74) Ma。

4.2 主量元素特征

樣品測試結果見表3。其主量元素含量(質量分數)如下：SiO267.5%～70.48%，屬酸性巖；Al2O315.41%～16.82%，含量較高；Fe2O3+FeO 1.29%～2.63%；MgO 0.38%～0.55%；全堿(Na2O+K2O)7.96%～8.28%；K2O/Na2O 0.46～0.78；CaO含量里特曼指數為2.32～2.72，為鈣堿性巖；A/CNK 0.96～1.04，基本在偏鋁質與過鋁質的界限附近小范圍變化，A/NK1.33～1.42(圖6)[23]。在TAS圖[24](圖7)上除ML12樣品落入石英二長巖區(qū)域內，其余均在二長花崗巖區(qū)域內，靠近花崗閃長巖與石英二長巖。

圖4 鋯石陰極發(fā)光( CL)圖像及測點位置Fig.4 CL images of analyzed zircons with analytical position

表2 鋯石 LA-MC-ICP-MS U-Pb 測試結果Table 2 LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic analyses of zircons

似斑狀花崗閃長巖較黑云母二長花崗巖的TiO2、Fe2O3、FeO、CaO等含量低，K2O含量、燒失量略高，反映了兩者之間在礦物組成上的差異。似斑狀花崗閃長巖含巨大的鉀長石斑晶，鉀長石含量略高，黑云母等暗色礦物略低。

4.3 稀土和微量元素特征

稀土及微量元素測試結果見表4。

稀土總量∑REE59.80×10-6～259.79×10-6，平均126.75×10-6；稀土元素配分模式呈現輕稀土富集，重稀土虧損的右傾型(圖8)；δEu=1.18×10-6～2.03×10-6，呈正異常。

微量元素Rb、K、Ba、Th、La、Ce、Sr、Nd、Zr、Hf、Sm等元素富集，U、Nd、P、Ti、Y、Yb、Lu等元素虧損，顯示負異常(圖9)。

concordia age為諧和年齡；MSWD(of concordance)為一致性平均標準權重偏差圖5 鋯石U-Pb一致曲線圖Fig.5 U-Pb concordia diagrams of zircons

表3 花崗巖主量元素分析結果Table 3 Major elements analyses of granite

圖6 花崗巖A/NK-A/CNK圖解[23]Fig.6 A/CNK versus A/NK plot for granite[23]

圖7 花崗巖TAS圖解[24]Fig.7 TAS diagram of granite[24]

表4 花崗巖微量元素和稀土元素分析結果Table 4 Trace and rare elements analyses of granite

圖8 花崗巖稀土元素配分圖解Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns for granite

圖9 花崗巖微量元素蛛網圖解Fig.9 Primitive mantle-normalized trace element patterns of granite

5 討論

5.1 焦家?guī)щ[伏花崗巖的歸屬

88ZK07隱伏的似斑狀花崗閃長巖的年齡為127.59 Ma，屬白堊紀郭家?guī)X型花崗巖。該類型花崗巖以礦物成分含有以鉀長石為主的斑晶為特征。該類型花崗巖在北部的72ZK03、104ZK05鉆孔中焦家主斷裂下盤亦有揭露，地表出露巖體也主要分布于北部的新城。區(qū)域上該類型出露巖體三山島、上莊、北截、叢家、曲家、郭家?guī)X等巖體也主要分布于膠西北金礦集區(qū)北部，大致沿80°方向分布，且主要分布于主要控礦斷裂帶下盤。據此可以認為，郭家?guī)X型花崗巖在膠西北金礦集區(qū)北部廣泛出露，在主要控礦斷裂下盤可能連為一體。在金礦集區(qū)中部地區(qū)，大多成巖株狀在主斷裂帶下盤產出，在焦家?guī)е胁考跋牡?大尹格莊金礦區(qū)的深部鉆孔中均有揭露。該類型花崗巖與金礦成礦關系密切。

184ZK05、184ZK09深部隱伏巖體黑云母二長花崗巖的年齡分別為158.4 Ma和160.4 Ma，屬侏羅紀玲瓏型花崗巖。該類型花崗巖在區(qū)內大面積分布，是膠西北金礦集區(qū)內分布面積最大的中生代地質體，是區(qū)內金礦的主要賦礦巖石。

5.2 巖石成因類型

本次測定的花崗巖K2O/Na2O范圍0.46～0.78，均小于1；A/CNK 0.96～1.04，均小于1.1，具明顯的地殼中火成巖源區(qū)重熔形成的I型花崗巖的特征[25]，在Collons的A型、I型花崗巖判別圖解中[26]，郭家?guī)X型花崗巖(ML6)和玲瓏型花崗巖(ML7～ML12)均位于I型花崗巖范圍內(圖10)。林博磊等[13]研究認為玲瓏型花崗巖屬S型花崗巖，與本次研究結果不一致，這主要是由于其重熔的地殼物質不同造成的。I型花崗巖指示其為火成巖源巖或下地殼成因；S型花崗巖指示為沉積巖源巖上地殼成因[27]。玲瓏型花崗巖分布較為廣泛，其重熔物質較為復雜，含有的繼承鋯石年齡分布自太古代至中生代三疊紀均有分布[10,22,28-29]，其重熔的殼源物質可分為以下四類。

圖10 A型、I型花崗巖判別圖解Fig.10 Discrimination diagram of A-type and I-type granite

(1)前寒武基底太古代TTG。繼承鋯石184ZK05TW2-1207Pb/206Pb年齡為2 880.6 Ma，說明其重熔的殼源物質含太古代TTG。

(2)三疊紀火成巖類。本次研究中的樣品中有2顆鋯石測定的年齡在三疊紀，應為繼承鋯石，前人針對繼承鋯石的研究表明，玲瓏型花崗巖中印支期繼承鋯石占繼承鋯石總量的80%，這些繼承鋯石的源巖可能為秦嶺—大別造山帶的印支期花崗巖[28-29]。

(3)太古代、古元古代表殼巖。包括太古代唐家莊巖群、膠東巖群，古元古代粉子山群、荊山群，中元古代芝罘群、新元古代蓬萊群。

(4)太古代TTG中分布著的太古代—古元古代基性、超基性巖，多呈包體狀、透鏡狀、脈狀分布。

因此若重熔的地殼源巖為太古代TTG，太古代—古元古代基性、超基性巖，三疊紀印支期火成巖類，其地球化學特征顯示為火成巖源區(qū)重熔形成的I型花崗巖的特征；若重熔的地殼源巖為表殼巖類，其地球化學特征顯示為沉積殼源區(qū)重熔形成的S型花崗巖的特征。

花崗巖主要是殼源的，中國東部及華北地區(qū)的中生代花崗巖主要為I型[30]。玲瓏型花崗巖是膠東地區(qū)分布最為廣泛的中生代花崗巖，源巖物質成分的不同而使其表現為I型或S型花崗巖的特征。

5.3 構造環(huán)境類型

據Maniar和Piccoli的花崗巖構造環(huán)境類型判別方法[31]，本次研究的花崗巖類均位于大陸弧花崗巖類和大洋斜長花崗巖類(圖6)范圍內。大洋斜長花崗巖類具有缺少堿性長石的礦物學特征，而本次研究的花崗巖類為含鉀長石斑晶的似斑狀花崗閃長巖和二長花崗巖，因此應屬大陸弧花崗巖類，為大洋板塊俯沖在大陸板塊之下在大陸上形成的巖漿弧巖石[31]，即為大洋-大陸碰撞環(huán)境下生成的花崗巖[25]。在Pearce的構造背景判別圖解中[32](圖11)，樣品均落入火山弧構造環(huán)境的范圍內，微量元素Rb、K、Ba、Th、Ce、Sr、Sm等元素富集，Y、Yb等元素虧損(圖9)，具該類型花崗巖的微量元素特征。根據花崗巖構造環(huán)境的R1-R2[R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti)，R2=6Ca+2Mg+Al。其中“Si”代表1個分子中Si的含量，根據巖石中SiO2含量及其分子式求算]因素判別圖解(圖12)，花崗巖形成時的構造環(huán)境應為造山晚期。

圖11 花崗巖構造環(huán)境判別圖解Fig.11 Tectonic discrimination diagrams for granite

以上表明，太平洋板塊的俯沖對區(qū)內花崗巖的形成具有重要作用。

華北地區(qū)大規(guī)模巖漿活動的原因是巖石圈減薄，造成軟流圈上涌，使地殼部分熔融而產生巖漿活動，而造成減薄的機制主要有拆沉和熱侵蝕，熱侵蝕過程較為緩慢，而拆沉過程快速而短暫，拆沉過程主要大量流體的改造使巖石圈地幔流變性質發(fā)生根本性的變化[30]。

膠東地區(qū)中生代花崗巖的形成溫度均低于750 ℃[11]，屬低溫花崗巖，與流體的加入相關，其構造背景與俯沖相關[30]。由于太平洋板塊的俯沖提供的大量流體改變了巖石圈的流變性質導致拆沉作用的發(fā)生。

1為地幔分異產物；2為板塊碰撞前；3為碰撞后隆起；4為造山晚期；5為非造山；6為同碰撞；7為造山后圖12 花崗巖構造環(huán)境R1-R2因子判別圖解Fig.12 R1-R2 factor discrimination diagram of granite tectonic environment

6 結論

(1)金城地區(qū)焦家斷裂帶下盤深部隱伏的花崗巖為白堊紀郭家?guī)X型花崗巖和玲瓏型花崗巖。

(2)巖石的地球化學特征表明：郭家?guī)X型花崗巖表現為I型花崗巖的特征。玲瓏型花崗巖若重熔的地殼源巖為太古代TTG，太古代—古元古代基性、超基性巖，三疊紀印支期火成巖類，其地球化學特征顯示為火成巖源區(qū)重熔形成的I型花崗巖的特征；若重熔的地殼源巖為表殼巖類，其地球化學特征顯示為沉積殼源區(qū)重熔形成的S型花崗巖的特征。

(3)白堊紀郭家?guī)X型花崗巖和玲瓏型花崗巖的形成與太平洋板塊俯沖華北板塊有關，屬大陸弧花崗巖類，為火山弧構造環(huán)境。